1 引言

　　DK3225型電解加工機(jī)床是針對(duì)航空航天、武器裝備等制造領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的高強(qiáng)度、高韌性、高硬度等難加工材料的加工所設(shè)計(jì)的專用機(jī)床，主要適用于長(zhǎng)筒形零件的型孔及擴(kuò)孔加工川。電解加工的工作環(huán)境潮濕、有腐蝕性氣體、干擾性較強(qiáng)。傳統(tǒng)的繼電器控制的電解加工設(shè)備工作的穩(wěn)定性較差，故障率較高;而現(xiàn)代微機(jī)控制系統(tǒng)配置高，抗干擾能力差，編程復(fù)雜，參數(shù)調(diào)整麻煩，亦不適應(yīng)此環(huán)境。為此，引人PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于電解加工設(shè)備，揚(yáng)長(zhǎng)避短，提高設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性，使不同加工模式的自動(dòng)化加工轉(zhuǎn)換快捷方便，生產(chǎn)工藝編排更加靈活。

1 機(jī)床結(jié)構(gòu)及控制要求

　　1.1 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)

　　該機(jī)床總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。移動(dòng)工作臺(tái)、固定工作臺(tái)及夾具的配合用以完成不同長(zhǎng)度工件的夾緊。交流伺服電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠等精密部件及可編程邏輯控制器構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)陰極(拉桿)的精密進(jìn)給。加工時(shí)，工件通陽電，陰極(拉桿)通陰電，一定壓力的電解液依次通過拉桿座、陰極，進(jìn)人陰極與工件之間的加工區(qū)，再回到電解液池。

　　1.2 控制要求

　　考慮到電解加工的特殊要求，系統(tǒng)需對(duì)電解加工主要參數(shù)、電源、電解液、移動(dòng)工作臺(tái)和拉桿座的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行集中控制，必須具有以下功能或性能:

　　(1)手動(dòng)加工功能。手動(dòng)開啟及結(jié)束電解加工循環(huán)，包括手動(dòng)上水、啟動(dòng)電解電源、加電，手動(dòng)調(diào)節(jié)加工電壓、電流，手動(dòng)開啟和關(guān)閉計(jì)時(shí)裝置，在加工完畢后手動(dòng)斷電、停水等。

　　(2)自動(dòng)加工功能。在陰極、工件裝夾到位，設(shè)定好加工時(shí)間、加工電流等加工參數(shù)后，可以自動(dòng)開啟電解加工循環(huán)，包括自動(dòng)上水、加電、自動(dòng)恒流加工，加工完畢后自動(dòng)斷電、停水、陰極回機(jī)床原點(diǎn)等。

　　(3)斷電保護(hù)功能。能夠在機(jī)床意外斷電重啟后的情況下對(duì)刀點(diǎn)坐標(biāo)位盆不丟失。并記憶斷電前已用加電時(shí)間和其余工藝參數(shù)的設(shè)定值，重啟后在原有參數(shù)下自動(dòng)補(bǔ)時(shí)加電。

　　(4)可靠的故障診斷和自動(dòng)處理功能。在電解加工過程中可能會(huì)出現(xiàn)“打火”或“短路”現(xiàn)象，為保證加工過程的正常進(jìn)行，控制系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)加工過程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)的故障能進(jìn)行自動(dòng)診斷和處理。

　　(5)具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的可靠性。因?yàn)殡娊饧庸さ墓ぷ鳝h(huán)境較惡劣，且要抵抗工藝電源大電流通斷和極間火花的于擾。

　　(6)能夠使得陰極獲得較寬的進(jìn)給速度(范圍0.5mm/min~15amm/min ,快進(jìn)速度為1x00 mm/min)
和較高的重復(fù)定位精度(誤差4.025mm ) 。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)方案

　　控制系統(tǒng)硬件組成如圖2所示，包括以下部分:

　　(1)OMRON系列C7I M可編程控制器.具體配置為:CJ1W-PA205 R電源模塊，C7IM-CPI122處理器單元，C71W-ID211直流輸入單元，C11N-OC21繼電器輸出單元，CJ1W-AD041模擬量輸人單元。

　　(2)陰極運(yùn)動(dòng)的伺服控制機(jī)構(gòu):CPU22內(nèi)部基本IfQ單元與交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，接收電機(jī)編碼器的反饋信號(hào)，并和指令脈沖進(jìn)行比較，實(shí)行對(duì)陰極的半閉環(huán)控制。CPU內(nèi)置I/O電路如圖3所示。

　　(3)異步電機(jī)、電解液泵、潤(rùn)滑泵、電解電源驅(qū)動(dòng)電路以及其他開關(guān)量的I/O電路。

　　(4)溫度、電壓、電流等模擬且的采樣電路。

　　(5)工業(yè)觸摸屏以及手持操作盒的硬件電路。

　　2.2 半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的構(gòu)成

　　根據(jù)控制要求，拉桿座的進(jìn)給速度需無極可調(diào)且范圍寬，快進(jìn)速度高，重復(fù)定位精度要求也較高，以確保陰極的精密進(jìn)給。

　　本系統(tǒng)采用松下公司的MI1MA型系列的交流伺服驅(qū)動(dòng)器(電機(jī))驅(qū)動(dòng)，南京工藝裝備制造廠的滾珠絲杠傳動(dòng),PLC回讀編碼器反饋脈沖并發(fā)出指令信息，這樣就構(gòu)成了一個(gè)半閉環(huán)位里控制系統(tǒng)。這種伺服系統(tǒng)所能達(dá)到的精度、速度和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服系統(tǒng)，而其復(fù)雜性和成本卻低于閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

　　根據(jù)相關(guān)數(shù)值可計(jì)算該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量:

　　這樣進(jìn)給速度分辨率可達(dá)±1/3μm,滿足陰極主軸精確進(jìn)給的要求。

　　2.3 手持操作盒數(shù)顯的實(shí)現(xiàn)

　　為方便用戶在機(jī)床附近進(jìn)行操作，特配備手持操作盒，除具有急停、拉桿座快進(jìn)/快退、拉桿座點(diǎn)進(jìn)/點(diǎn)退、尾座前進(jìn)/后退等常用功能外，還具有顯示拉桿座相對(duì)位置的功能，在綜合考慮到實(shí)用性、穩(wěn)定性、直觀性、造價(jià)等因素之后，采用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)來顯示位置。加上觸摸屏上也需要精確地顯示拉桿座相對(duì)位置，這就相當(dāng)于該系統(tǒng)同時(shí)有兩路完全相同的脈沖輸出，一路用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，另一路用于計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)以顯示拉桿座實(shí)時(shí)位置，這點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)提出了較高的要求。

　　此處選用KCIYU公司KCNfiSR-C型6位液晶顯示計(jì)數(shù)器。該計(jì)數(shù)器體積小，操作靈活，可兩相計(jì)數(shù)輸人，最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá)5000Hz不丟步，并具有免電池的停電記憶功能。

　　由上文可知機(jī)床執(zhí)行部件進(jìn)給速度分辨率可達(dá)±1/3μmm,也即電機(jī)每接收3。個(gè)脈沖，陰極位移量為0.01mm,故可在程序中設(shè)定電機(jī)每接收30個(gè)脈沖則計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，這樣就滿足了系統(tǒng)所要求的位置顯示精度0.01mm。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　OMROM的C31M系列PLC具有豐富的編程指令，軟件設(shè)計(jì)環(huán)境良好，本系統(tǒng)采用梯形圖語言，利用Cx-Programmer編程軟件編制程序。為達(dá)到上述要求，程序的編制采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要包括:系統(tǒng)初始化模塊、模擬量采樣及顯示模塊、速度及位置顯示模塊、開關(guān)量控制模塊，加工參數(shù)設(shè)定模塊、自動(dòng)加工模塊、手動(dòng)加工模塊。

　　為保證電解加工安全可靠進(jìn)行，在控制軟件中設(shè)計(jì)了故障自動(dòng)檢測(cè)和處理模塊、過流過熱保護(hù)、加工過程中欠電壓保護(hù)等模塊。

　　本次設(shè)計(jì)中啟用PLC中CPU內(nèi)置I10的高速計(jì)數(shù)器0讀取編碼器所反饋的脈沖，用CTBL($$2)指令登錄目標(biāo)值比較表并啟動(dòng)比較，當(dāng)FV值與目標(biāo)值相符時(shí)，相應(yīng)的中斷任務(wù)被調(diào)用并執(zhí)行。以拉桿座回機(jī)床原點(diǎn)為例:根據(jù)設(shè)計(jì)要求，拉桿座回機(jī)床原點(diǎn)時(shí)需先快速返回，在距離原點(diǎn)較近時(shí)應(yīng)減速慢退回原點(diǎn)，這其中就使用了登錄目標(biāo)值比較表功能，部分程序如圖4所示。

　　3.2 觸摸屏界面設(shè)計(jì)

　　人機(jī)交互界面主要用于顯示設(shè)備和系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息，界面上的按鈕可產(chǎn)生相應(yīng)的輸人數(shù)值、字符或開關(guān)信息與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制。觸摸屏作為人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速和陰極行程的監(jiān)控，并可對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

　　觸摸屏的畫面在PC上使用其支持軟件ViewlelC-my，制作，通過軟件對(duì)象列表中相關(guān)對(duì)象的調(diào)用并進(jìn)行相關(guān)變量數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)定可設(shè)計(jì)出所需畫面.這些畫面通過USB接口傳送到觸摸屏，然后觸摸屏通過工業(yè)串口RS-2320與PLC進(jìn)行信息交換，即可對(duì)其進(jìn)行操作。

　　鑒于系統(tǒng)實(shí)際工作的特點(diǎn)，配置了初始化界面、提示界面、調(diào)整界面、加工準(zhǔn)備界面、操作界面、故障報(bào)警界面等六個(gè)基本界面、』其中操作界面、故障報(bào)警界面分別如圖5和圖6所示

4 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)采用觸摸屏結(jié)合PLC方式進(jìn)行控制，使得整個(gè)系統(tǒng)性能穩(wěn)定，監(jiān)控功能較完善。PLC提供豐富的I/O接口模塊和存儲(chǔ)卡功能，使得系統(tǒng)的維護(hù)和改造具較強(qiáng)的靈活性，用戶可根據(jù)生產(chǎn)需要靈活設(shè)計(jì)、自行組合，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制。而采用伺服控制陰極的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也進(jìn)一步提高了速度穩(wěn)定性和加工精度。經(jīng)過在工廠的生產(chǎn)運(yùn)行，工作穩(wěn)定，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。